O 引言

　　Profibus是開放的,、與制造商無關(guān)、無知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn),。因此世界上任何人都可以獲得該標(biāo)準(zhǔn)并設(shè)計(jì)各自的軟硬件解決方案,。Pro-fibus-DP通信接口的開發(fā)有兩種方案選擇：單片機(jī)+軟件;單片機(jī)+Profibus通信芯片ASIC。

　　方案2中Profibus-DP協(xié)議完全由Profibus通信ASIC來實(shí)現(xiàn),，單片機(jī)主要處理用戶程序,。因此方案2開發(fā)周期相對少很多，本文將采用單片機(jī)+Profibus通信ASIC來實(shí)現(xiàn)Profibus通信接口的設(shè)計(jì),。

　　1 Profibus-DP基本特性

　　Profibus包括三個(gè)兼容系列：Profibus-FMS,，Profibus-DP，Profibus-PA,。FMS提供大量的通信服務(wù)用于完成以中等傳輸速度進(jìn)行的循環(huán)和非循環(huán)的通信服務(wù);DP是一種經(jīng)過優(yōu)化的高速廉價(jià)的通信連接,，適用于實(shí)時(shí)性要求較高的場合，主要用于自動控制與分散式外設(shè)之間的通信;PA是專為過程自動化而設(shè)計(jì),，具有本質(zhì)安全性,，用于安全性要求較高的場合及總線供電的站點(diǎn),。

　　1.1 協(xié)議結(jié)構(gòu)

　　Profibus-DP協(xié)議采用了ISO/OSI模型的第1層(物理層),、第2層(數(shù)據(jù)鏈路層)，除去了3～7層,，并自定義了用戶接口層,，這種協(xié)議結(jié)構(gòu)保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖儆行А?/P>

　　1.2 報(bào)文結(jié)構(gòu)

　　Profibus-DP數(shù)據(jù)編碼采用異步不歸零制，傳輸線的空載電平為“1”,。為了避免數(shù)據(jù)傳輸中發(fā)生沖突而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失,，在每個(gè)請求報(bào)文發(fā)送前必須保證33位(同步時(shí)間)的空載狀態(tài)。在單個(gè)字符間所有數(shù)據(jù)傳送時(shí)沒有間隙,，即無縫,。各種報(bào)文的格式如圖1所示,。

　　1.3 Profibus-DP從站狀態(tài)機(jī)

　　圖2為DP從站狀態(tài)機(jī)的簡單圖示。各種橢圓表示不同的狀態(tài),，帶箭頭的連線表示狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換,，連線上的文字表示狀態(tài)轉(zhuǎn)換所需滿足的條件。

　　只有在Power_on狀態(tài),，從站可以接收來自二類主站的“Set_Slave_Address"報(bào)文,，從而改變從站地址，從站應(yīng)具有非易失性存儲器來存儲從站地址,。內(nèi)部啟動后,，從站進(jìn)入wait_Prm狀態(tài)，等待“Wait_Prm”報(bào)文,。參數(shù)化報(bào)文由用戶組態(tài)時(shí)給定,，包括一些標(biāo)準(zhǔn)的信息，如識別號,、同步鎖定能力,，還包括了一些用戶特別定義的數(shù)據(jù)，另外,，在此狀態(tài)從站還可以接收“Get_Cfg”報(bào)文,、“Slave_Diag”報(bào)文，但拒絕處理其他報(bào)文,，不能進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,。如果Set_Prm正確，從站進(jìn)入wait_Cfg狀態(tài),，等待“Check_Cfg”報(bào)文,，該報(bào)文規(guī)定主站對它的配置信息，即數(shù)據(jù)交換中的輸入輸出字節(jié)數(shù),。此外,，也可接收“Get_Cfg”報(bào)文、“Slave_Diag”的報(bào)文,。當(dāng)參數(shù)化與配置正確通信,，在此狀態(tài)，從站可以接收以下報(bào)文：Data_Exchange_Ok,、Writing_outputs,，Reading_Inputs，Global_Control,，Slave_Diag,，Get_Cfg等。從站接收主站的狀態(tài)請求后,，以高優(yōu)先級的診斷報(bào)文作為應(yīng)答,。診斷信息包括了標(biāo)準(zhǔn)診斷信息和與用戶有關(guān)的信息,。

　　2 通信接口硬件設(shè)計(jì)

　　本文選用的Profibus-DP的通信協(xié)議芯片為SPC3。SPC3集成了全部的Profibus-DP協(xié)議,。SPC3在DP方式下將完成所有DP-SAP的設(shè)置,。SPC3內(nèi)部集成了1.5 KB的雙口RAM，包括參數(shù)寄存器,、方式寄存器,、狀態(tài)寄存器，中斷控制器等,。SPC3內(nèi)部集成的看門狗定時(shí)器有3種工作狀態(tài)：波特率檢測,、波特率控制和從站控制。內(nèi)部的USART可實(shí)現(xiàn)并行數(shù)據(jù)流和串行數(shù)據(jù)流的相互轉(zhuǎn)換,。微順序控制器控制整個(gè)工作過程,。空閑定時(shí)器直接控制串行總線的時(shí)序,。

　　考慮到Profibus對速率的要求本文選用高速率,，低功耗的16位MSP430單片機(jī)，采用Intel工作方式,。CPU與SPC3接口電路如圖3所示,。對于MSP430單片機(jī)而言，SPC3相當(dāng)于它擴(kuò)張的一個(gè)外部RAM,。單片機(jī)可以通過訪問外部RAM的方法訪問SPC3的寄存器,。RS 485驅(qū)動器的一端與SPC3相連，另一端通過9針D型插頭與總線相連,。RS 485驅(qū)動器選擇SN75SLS176來滿足高速的數(shù)據(jù)通信,。

　　3 通信接口軟件設(shè)計(jì)

　　軟件設(shè)計(jì)是開發(fā)Profibus-DP通信接口的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。由于SPC3集成了完整的DP協(xié)議,，因此在進(jìn)行通信時(shí),，MSP430單片機(jī)不用參與處理DP狀態(tài)機(jī)。主要任務(wù)是根據(jù)SPC3產(chǎn)生的中斷,，對SPC3接收到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存,，組織要通過SPC3發(fā)給的數(shù)據(jù)，并根據(jù)要求組織外部診斷,。

　　主程序流程圖如圖4所示,，在SPC3正常工作之前,，需要進(jìn)行初始化,，以配置需要的寄存器，包括設(shè)置協(xié)議芯片的中斷允許,，寫入從站識別號和地址,，設(shè)置SPC3方式寄存器,，設(shè)置診斷緩沖區(qū)，配置緩沖區(qū),，地址緩沖區(qū),，初始化長度，并根據(jù)以上初始值得出各個(gè)緩沖區(qū)的指針和輔助緩沖區(qū)的指針,。根據(jù)確定輸出緩沖區(qū),、輸入緩沖區(qū)及指針，初始化流程圖如圖5所示,，初始化包括：SPC3硬件復(fù)位,、硬件模式、設(shè)置SPC3中斷屏蔽寄存器,、SPC3內(nèi)部看門狗,、設(shè)備標(biāo)識號、緩沖區(qū)初始化,。

　　中斷程序流程圖如圖6所示,，在Profibus-DP中最主要處理以下的中斷事件：新的參數(shù)報(bào)文事件，全局控制命令報(bào)文事件,，進(jìn)入或退出數(shù)據(jù)交換狀態(tài)事件,，新的配置報(bào)文事件，新的地址設(shè)置報(bào)文事件,，檢測到波特率事件,，看門狗事件。

　　4 結(jié)語

　　選用的MSP430單片機(jī)具有高速率,、低功耗的特點(diǎn),，SPC3芯片則集成了Profibus-DP全部協(xié)議內(nèi)容，整系統(tǒng)功能相對完善,，使用方法簡單,。本方案用于Profibus-DP通信接口的開發(fā)，可以減少開發(fā)周期,，實(shí)現(xiàn)開發(fā)的簡化,。